germanium element. Egenskaper, utvinning og påføring av germanium. Kjennetegn ved det kjemiske elementet germanium germanium elektronisk

Og selv før silisium ble germanium det viktigste halvledermaterialet.

Her er spørsmålet passende: hva er halvledere og halvledere? Selv eksperter synes noen ganger det er vanskelig å svare entydig på det. "Den nøyaktige definisjonen av halvledning er vanskelig og avhenger av hvilken egenskap til halvledere som anses" - dette unnvikende svaret er lånt fra et ganske respektabelt vitenskapelig arbeid om halvledere. Riktignok er det en veldig klar definisjon: "En halvleder er en leder for to biler," men dette er allerede fra folklorefeltet ...

Det viktigste med element nummer 32 er at det er en halvleder. Vi kommer tilbake til forklaringen av denne egenskapen senere. I mellomtiden, om germanium som en fysisk-kjemisk "personlighet".

germanium som det er

Sannsynligvis har de aller fleste lesere aldri sett germanium. Dette elementet er ganske sjeldent, dyrt, forbruksvarer er ikke laget av det, og germanium "stuffing" av halvlederenheter er så liten at du kan se hva det er, germanium, vanskelig, selv om kroppen til enheten er ødelagt. Derfor vil vi snakke om hovedegenskapene til germanium, dets utseende, funksjoner. Og du prøver å mentalt gjøre de enkle operasjonene som forfatteren måtte gjøre mer enn én gang.

Vi trekker ut en standard ingot av germanium fra pakken. Dette er en liten kropp med nesten vanlig sylindrisk form, med en diameter på 10 til 35 og en lengde på flere titalls millimeter. Noen oppslagsverk sier at element #32 er sølv, men dette er ikke alltid sant: fargen på germanium avhenger av overflatebehandlingen. Noen ganger ser det nesten svart ut, noen ganger ser det ut som stål, men noen ganger er det også sølv.

Når du vurderer en germaniumbarre, ikke glem at den koster omtrent det samme som gull, og i det minste av denne grunn bør du ikke miste den på gulvet. Men det er en annen grunn, mye viktigere: germanium er nesten like sprø som glass og kan oppføre seg deretter. Jeg har sett hvordan en uforsiktig eksperimentator etter en slik fiasko krøp langs gulvet i lang tid og prøvde å samle alle bitene til en enkelt ... I utseende er germanium lett å forveksle med silisium. Disse elementene er ikke bare konkurrenter som hevder å være det viktigste halvledermaterialet, men også analoger. Til tross for likheten mellom mange tekniske egenskaper og utseende, er det ganske enkelt å skille en germaniumblokk fra en silisiumblokk: germanium er mer enn dobbelt så tung som silisium (henholdsvis 5,33 og 2,33 g / cm 3 tetthet).

Det siste utsagnet må avklares, selv om det ser ut til at tallene utelukker kommentarer. Faktum er at tallet 5,33 refererer til germanium-1 - den vanligste og viktigste av de fem allotropiske modifikasjonene av element nr. 32. En av dem er amorf, fire er krystallinske. Av den krystallinske germanium-1 er den letteste. Krystallene er bygget på samme måte som diamantkrystaller, men hvis en slik struktur bestemmer maksimal tetthet for karbon, har germanium også tettere "pakninger". Høyt trykk med moderat oppvarming (30 tusen atm og 100 ° C) konverterer Ge-I til Ge-II med et krystallgitter, som hvitt tinn.

På lignende måte kan enda tettere enn Ge-II, Ge-III og Ge-IV oppnås.

Alle "uvanlige" modifikasjoner av krystallinsk germanium er overlegne Ge-I og elektrisk ledningsevne. Omtalen av denne spesielle egenskapen er ikke tilfeldig: verdien av elektrisk ledningsevne (eller resistivitetens resiproke) er spesielt viktig for et halvlederelement.

Men hva er en halvleder?

Formelt sett er en halvleder et stoff med en resistivitet fra tusendeler til millioner av ohm per 1 cm. "fra" og "til" rammene er veldig brede, men germaniums plass i dette området er ganske bestemt. Motstanden til en centimeter kube av rent germanium ved 18°C ​​er 72 ohm. Ved 19°C reduseres motstanden til den samme kuben til 68 ohm. Dette er generelt karakteristisk for halvledere - en betydelig endring i elektrisk motstand med en liten endring i temperaturen. Når temperaturen stiger, avtar vanligvis motstanden. Det endres betydelig både under påvirkning av bestråling og under mekaniske deformasjoner.

Bemerkelsesverdig er følsomheten til germanium (som faktisk andre halvledere) ikke bare for ytre påvirkninger. Egenskapene til germanium er sterkt påvirket av selv ubetydelige mengder urenheter. Den kjemiske naturen til urenheter er ikke mindre viktig.

Tilsetningen av et element i V-gruppen gjør det mulig å oppnå en halvleder med en elektronisk type ledningsevne. Slik forberedes vannkraftverk (elektronisk germanium dopet med antimon). Ved å legge til et element av gruppe III, vil vi skape en hulltype ledningsevne i det (oftest er det GDH - hullgermanium dopet med gallium).

Husk at "hull" er steder som er forlatt av elektroner som har gått over til et annet energinivå. «Leiligheten» fraflyttet av migranten kan umiddelbart okkuperes av naboen, men han hadde også sin egen leilighet. Gjenbosettinger gjøres etter hverandre, og hullet beveger seg.

Kombinasjonen av områder med elektronisk og hullledning dannet grunnlaget for de viktigste halvlederenhetene - dioder og transistorer. For eksempel, ved å smelte indium inn i en HES-plate og dermed skape et område med hullledning, får vi en likeretterenhet - en diode. Den sender elektrisk strøm hovedsakelig i én retning - fra området med hullledningsevne til den elektroniske. Etter å ha smeltet indium på begge sider av HPP-platen, gjør vi denne platen til basis av transistoren.

Verdens første germaniumtransistor ble opprettet i 1948, og etter 20 år ble hundrevis av millioner av slike enheter produsert. Germanium dioder og trioder er mye brukt i radioer og fjernsyn, datamaskiner og diverse måleutstyr.

Germanium brukes også i andre viktige områder av moderne teknologi: for måling av lave temperaturer, for å oppdage infrarød stråling, etc. Alle disse områdene krever germanium av svært høy renhet - fysisk og kjemisk. Den kjemiske renheten er slik at mengden av skadelige urenheter ikke overstiger en ti-milliondels prosent (107%). Fysisk renhet er et minimum av dislokasjoner, forstyrrelser i krystallstrukturen. For å oppnå det dyrkes enkrystall germanium: hele blokken er én krystall.

For denne utrolige renheten

I jordskorpen er germanium ikke veldig lite - 7 * 10 -4% av massen. Dette er mer enn bly, sølv, wolfram. Germanium finnes på sola og i meteoritter. Tyskland er tilstede i alle land. Men industrielle forekomster av germaniummineraler har tilsynelatende ikke noe industrialisert land. Germanium er svært spredt. Mineraler der dette elementet er mer enn 1 % - argyroditt, germanitt, ultramafisk og andre, inkludert renieritt, shtotitt, confieldite og plumbogermanite oppdaget bare de siste tiårene - er svært sjeldne. De klarer ikke å dekke verdens behov for dette viktige elementet.

Og hoveddelen av terrestrisk germanium er spredt i mineraler av andre elementer, i kull, i naturlige vann, i jord og levende organismer. I kull kan for eksempel innholdet av germanium nå en tiendedel av en prosent. Kanskje, men det når ikke alltid. I antrasitt, for eksempel, er det nesten fraværende ... Med et ord, germanium er overalt og ingen steder.

Derfor er metodene for konsentrasjon av germanium veldig komplekse og mangfoldige. De avhenger først og fremst av typen råmateriale og innholdet av dette elementet i det.

Akademiker Nikolai Petrovich Sazhin var leder for den omfattende studien og løsningen av germaniumproblemet i USSR. Hvordan den sovjetiske halvlederindustrien ble født er beskrevet i artikkelen hans, publisert i tidsskriftet "Chemistry and Life" halvannet år før denne fremragende vitenskapsmannen og arrangøren av vitenskapen døde.

Rent germaniumdioksid ble oppnådd for første gang i vårt land i begynnelsen av 1941. Det ble brukt til å lage germaniumglass med svært høy lysbrytningsindeks. Forskning på grunnstoff nr. 32 og metoder for mulig produksjon ble gjenopptatt etter krigen, i 1947. Nå var forskere interessert i germanium nettopp som halvleder.

Nye analysemetoder bidro til å avsløre en ny kilde til germaniumråvarer - tjærevann fra koksplanter. Tyskland i dem er ikke mer enn 0,0003%, men ved hjelp av et eikeekstrakt fra dem viste det seg å være lett å utfelle germanium i form av et tannidkompleks. Hovedkomponenten i tannin er en glukoseester. Det er i stand til å binde germanium selv om konsentrasjonen av dette elementet i løsningen er forsvinnende liten.

Fra det resulterende bunnfallet, som ødelegger det organiske materialet, er det lett å oppnå et konsentrat som inneholder opptil 45% germaniumdioksid.

Ytterligere transformasjoner avhenger lite av typen råstoff. Germanium reduseres med hydrogen (som Winkler gjorde), men først må du skille germaniumoksid fra mange urenheter. For å løse dette problemet viste en vellykket kombinasjon av egenskapene til en av germaniumforbindelsene seg å være veldig nyttig.

Germaniumtetraklorid GeCl 4 er en flyktig væske med lavt kokepunkt (83,1°C). Derfor er det praktisk å rense det ved destillasjon og rektifisering (prosessen foregår i kvartskolonner med pakking). Germaniumtetraklorid er nesten uløselig i konsentrert saltsyre. Derfor kan oppløsningen av urenheter med saltsyre brukes til å rense GeCl 4 .

Renset GeCl4 behandles med vann, hvorfra nesten alle forurensninger tidligere ble fjernet ved bruk av ionebytterharpikser. Et tegn på ønsket renhet er en økning i resistiviteten til vann til 15-20 millioner ohm-cm.

Under påvirkning av vann hydrolyseres germaniumtetraklorid: GeCl 4 + 2H 2 O → GeO 2 + 4HCl. Merk at dette er den "omvendte" ligningen for reaksjonen der germaniumtetraklorid oppnås. Dette etterfølges av reduksjon av GeO 2 med renset hydrogen: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O. Det oppnås pulverisert germanium som legeres og renses videre ved sonesmelting. Forresten, denne metoden for rensing av materialer ble utviklet i 1952 spesielt for rensing av halvledergermanium.

Urenheter som er nødvendige for å gi germanium en bestemt type ledningsevne (elektronisk eller hull) introduseres i de siste stadiene av produksjonen, dvs. under sonesmelting og i ferd med å dyrke en enkelt krystall.

Helt siden man i 1942 fant ut at det ville være fordelaktig å erstatte deler av vakuumrørene i radaranlegg med halvlederdetektorer, har interessen for germanium vokst fra år til år. Studiet av dette tidligere ubrukte elementet bidro til utviklingen av vitenskap generelt og fremfor alt av faststofffysikk. Og betydningen av halvlederenheter – dioder, transistorer, termistorer, strekkmålere, fotodioder og andre – for utviklingen av radioelektronikk og teknologi generelt er så stor og så kjent at det er verdt å snakke om. i høye toner nok en gang ubehagelig. Fram til 1965 ble de fleste halvlederenheter laget på germaniumbasis. Men i de påfølgende årene begynte prosessen med gradvis forskyvning av "ekasilisium" av silisium selv å utvikle seg.

Germanium under trykk av silisium

Silisiumhalvlederenheter kan sammenlignes gunstig med germaniumenheter, først og fremst ved bedre ytelse ved høye temperaturer og lavere reversstrømmer. Den store fordelen med silisium var også motstanden til dets dioksid mot ytre påvirkninger. Det var hun som gjorde det mulig å lage en mer progressiv - plan teknologi for produksjon av halvlederenheter, bestående i det faktum at en silisiumplate varmes opp i oksygen eller en blanding av oksygen med vanndamp, og den er dekket med et beskyttende lag av SiO 2.

Etter å ha etset "vinduene" på de riktige stedene, introduseres dopingmidler gjennom dem, kontakter kobles til her, og enheten som helhet er i mellomtiden beskyttet mot ytre påvirkninger. For germanium er en slik teknologi ennå ikke mulig: stabiliteten til dioksidet er utilstrekkelig. Under angrepet av silisium, galliumarsenid og andre halvledere mistet germanium sin posisjon som det viktigste halvledermaterialet. I 1968 produserte USA langt flere silisiumtransistorer enn germaniumtransistorer. Nå er verdensproduksjonen av germanium, ifølge utenlandske eksperter, 90-100 tonn per år. Hans posisjon innen teknologi er ganske sterk.

• For det første er halvledergermanium merkbart billigere enn halvledersilisium.
• For det andre er det enklere og mer lønnsomt å lage noen halvlederenheter, som før, fra germanium, og ikke fra silisium.
• For det tredje gjør de fysiske egenskapene til germanium det praktisk talt uunnværlig ved fremstilling av visse typer enheter, spesielt tunneldioder.

Alt dette gir grunn til å tro at verdien av germanium alltid vil være stor.

EN ANNEN NØYAKTIG prediksjon. Mye er skrevet om fremsynet til D. I. Mendeleev, som beskrev egenskapene til tre ennå uoppdagede elementer. Vi ønsker ikke å gjenta oss selv, vi ønsker bare å trekke oppmerksomheten til nøyaktigheten til Mendeleev-prognosen. Sammenlign dataene til Mendeleev og Winkler oppsummert i tabellen.

Ekasilicon Atomvekt 72 Egenvekt 5,5 Atomvolum 13 Høyere oksid EsO 2 Egenvekt 4,7

Kloridforbindelse EsCl 4 - væske med et kokepunkt på omtrent 90 ° C

Hydrogenbinding EsH 4 gassformig

Organometallisk forbindelse Es(C2H 5) 4 med et kokepunkt på 160°C

Germanium Atomvekt 72,6 Egenvekt 5,469 Atomvolum 13,57 Høyere oksid GeO 2 Egenvekt 4,703

Kloridforbindelse GeCl 4 - væske med et kokepunkt på 83 ° C

Hydrogenbinding GeH 4 gassformig

Organometallisk forbindelse Ge (C2H 5) 4 med et kokepunkt på 163,5 ° C

BREV FRA CLEMENS WINKLER

"Deres Majestet!

Tillat meg herved å gi deg et opptrykk av meldingen, hvorav det følger at jeg har oppdaget et nytt grunnstoff "germanium". Først var jeg av den oppfatning at dette grunnstoffet fyller gapet mellom antimon og vismut i ditt fantastisk penetrerende konstruerte periodiske system og at dette grunnstoffet sammenfaller med ekaantimonet ditt, men alt tyder på at vi her har med ekasilicium å gjøre.

Jeg håper å fortelle deg snart mer om dette interessante stoffet; i dag begrenser jeg meg til å varsle deg om den meget sannsynlige triumfen av din strålende forskning og vitner om min respekt og dype respekt.

MENDELEEV SVAR: «Siden oppdagelsen av germanium er kronen på det periodiske systemet, så eier du, som «far» til germanium, denne kronen; for meg er min rolle som en forgjenger og den vennlige holdningen jeg møtte med deg verdifull.

GERMANIUM OG ORGANIKK. Den første organoelementforbindelsen av grunnstoff nr. 32, tetraetylgermanium, ble oppnådd av Winkler fra germaniumtetraklorid. Interessant nok er ingen av germanium-organoelementforbindelsene oppnådd så langt giftige, mens de fleste bly- og organotinnforbindelser (disse elementene er analoger av germanium) er giftige.

HVORDAN GERMANIUM MONOCRYSTAL VEDKES. En germaniumkrystall er plassert på overflaten av smeltet germanium - et "frø", som gradvis heves av en automatisk enhet; smeltetemperaturen er litt høyere enn smeltepunktet til germanium (937°C). Frøet roteres slik at enkeltkrystallet "overgrodd med kjøtt" jevnt fra alle sider. Det er viktig at i prosessen med slik vekst skjer det samme som ved sonesmelting: nesten utelukkende germanium går over i "oppbyggingen" (fast fase), og de fleste urenhetene forblir i smelten.

GERMANIUM OG SUPERLEDNING. Den klassiske halvlederen germanium viste seg å være involvert i å løse et annet viktig problem - opprettelsen av superledende materialer som opererer ved temperaturen til flytende hydrogen, og ikke flytende helium. Hydrogen, som kjent, går fra en gassformig til en flytende tilstand ved en temperatur på -252,6 ° C, eller 20,5 ° K. På begynnelsen av 70-tallet ble en film oppnådd fra en legering av germanium med niob med en tykkelse på bare en noen få tusen atomer. Denne filmen beholder superledning ved temperaturer på 24,3°K og lavere.

Germanium er et kjemisk grunnstoff med atomnummer 32 i det periodiske systemet, betegnet med symbolet Ge (Ger. Germanium).

Historien om oppdagelsen av germanium

Eksistensen av elementet ekasilicium, en analog av silisium, ble spådd av D.I. Mendeleev tilbake i 1871. Og i 1886 oppdaget en av professorene ved Freiberg Mining Academy et nytt sølvmineral - argyroditt. Dette mineralet ble deretter gitt til professor i teknisk kjemi Clemens Winkler for en fullstendig analyse.

Dette ble ikke gjort ved en tilfeldighet: 48 år gamle Winkler ble ansett som akademiets beste analytiker.

Ganske raskt fant han ut at sølv i mineralet er 74,72%, svovel - 17,13, kvikksølv - 0,31, jernholdig oksid - 0,66, sinkoksid - 0,22%. Og nesten 7% av vekten til det nye mineralet sto for et eller annet uforståelig element, mest sannsynlig fortsatt ukjent. Winkler pekte ut den uidentifiserte komponenten av argyroditten, studerte dens egenskaper og innså at han faktisk hadde funnet et nytt element - forklaringen forutsagt av Mendeleev. Dette er en kort historie om grunnstoffet med atomnummer 32.

Det ville imidlertid være feil å tro at Winklers arbeid gikk knirkefritt, uten problemer, uten problemer. Her er hva Mendeleev skriver om dette i tilleggene til det åttende kapittelet av Fundamentals of Chemistry: «Til å begynne med (februar 1886), gjorde mangelen på materiale, fraværet av et spektrum i brennerflammen og løseligheten til mange germaniumforbindelser Winklers forskning vanskelig ..." Vær oppmerksom på "mangel på spekter i flammen. Hvordan det? Faktisk, i 1886 eksisterte metoden for spektralanalyse allerede; Rubidium, cesium, thallium, indium er allerede oppdaget på jorden ved denne metoden, og helium på solen. Forskere visste med sikkerhet at hvert kjemisk grunnstoff har et helt individuelt spektrum, og plutselig er det ikke noe spektrum!

Forklaringen kom senere. Germanium har karakteristiske spektrallinjer - med en bølgelengde på 2651,18, 3039,06 Ǻ og noen flere. Men de ligger alle i den usynlige ultrafiolette delen av spekteret, og det kan betraktes som heldig at Winklers tilslutning til tradisjonelle analysemetoder - de førte til suksess.

Winklers metode for å isolere germanium ligner en av de nåværende industrielle metodene for å oppnå element nr. 32. Først ble germaniumet i argaritten omdannet til dioksid, og deretter ble dette hvite pulveret oppvarmet til 600...700°C i en hydrogenatmosfære. Reaksjonen er åpenbar: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Dermed ble det oppnådd relativt rent germanium for første gang. Winkler hadde opprinnelig til hensikt å navngi det nye grunnstoffet neptunium, etter planeten Neptun. (Som element #32, ble denne planeten spådd før den ble oppdaget.) Men så viste det seg at et slikt navn tidligere hadde blitt tildelt et feilaktig oppdaget element, og fordi han ikke ønsket å kompromittere oppdagelsen sin, forlot Winkler sin første intensjon. Han godtok ikke forslaget om å kalle det nye elementet kantet, dvs. "kantete, kontroversielle" (og denne oppdagelsen forårsaket virkelig mye kontrovers). Riktignok sa den franske kjemikeren Rayon, som fremmet en slik idé, senere at forslaget hans ikke var mer enn en spøk. Winkler kalte det nye grunnstoffet germanium etter landet sitt, og navnet ble sittende fast.

Finne germanium i naturen

Det skal bemerkes at i løpet av den geokjemiske utviklingen av jordskorpen ble en betydelig mengde germanium vasket ut fra det meste av landoverflaten og ut i havene, derfor er for tiden mengden av dette sporelementet inneholdt i jorda. er ekstremt ubetydelig.

Det totale innholdet av germanium i jordskorpen er 7 × 10 −4 masseprosent, det vil si mer enn for eksempel antimon, sølv, vismut. Germanium, på grunn av sitt ubetydelige innhold i jordskorpen og geokjemisk tilhørighet til noen utbredte elementer, viser en begrenset evne til å danne sine egne mineraler, og sprer seg i gitteret til andre mineraler. Derfor er germaniums egne mineraler ekstremt sjeldne. Nesten alle av dem er sulfosalter: germanitt Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4 (6 - 10% Ge), argyrodite Ag 8 GeS 6 (3,6 - 7% Ge), konfilditt Ag 8 (Sn, Ge) S 6 (opptil 2 % Ge) osv. Hovedtyngden av germanium er spredt i jordskorpen i et stort antall bergarter og mineraler. Så, for eksempel, i noen sfaleritter når innholdet av germanium kilogram per tonn, i enargiter opp til 5 kg/t, i pyrargyritt opp til 10 kg/t, i sulfanitt og frankeitt 1 kg/t, i andre sulfider og silikater - hundrevis og titalls g/t. T. Germanium er konsentrert i forekomster av mange metaller - i sulfidmalm av ikke-jernholdige metaller, i jernmalm, i noen oksidmineraler (kromitt, magnetitt, rutil, etc.), i granitter, diabaser og basalter. I tillegg er germanium tilstede i nesten alle silikater, i noen forekomster av kull og olje.

Kvittering Tyskland

Germanium oppnås hovedsakelig fra biprodukter fra bearbeiding av ikke-jernholdige metallmalmer (sinkblanding, sink-kobber-bly polymetalliske konsentrater) som inneholder 0,001-0,1 % Tyskland. Aske fra kullforbrenning, støv fra gassgeneratorer og avfall fra koksverk brukes også som råstoff. I utgangspunktet hentes germaniumkonsentrat (2-10 % Tyskland) fra de oppførte kildene på ulike måter, avhengig av sammensetningen av råstoffet. Utvinning av germanium fra konsentrat involverer vanligvis følgende trinn:

1) klorering av konsentratet med saltsyre, dets blanding med klor i et vandig medium eller andre kloreringsmidler for å oppnå teknisk GeCl 4 . For å rense GeCl 4 brukes rektifisering og ekstraksjon av urenheter med konsentrert HCl.

2) Hydrolyse av GeCl 4 og kalsinering av hydrolyseprodukter for å oppnå GeO 2 .

3) Reduksjon av GeO 2 med hydrogen eller ammoniakk til metall. For å isolere veldig rent germanium, som brukes i halvlederenheter, smeltes metall etter sone. Enkeltkrystallgermanium, nødvendig for halvlederindustrien, oppnås vanligvis ved sonesmelting eller ved Czochralski-metoden.

GeO 2 + 4H 2 \u003d Ge + 2H 2 O

Halvlederrenhet germanium med et urenhetsinnhold på 10 -3 -10 -4 % oppnås ved sonesmelting, krystallisering eller termolyse av den flyktige GeH 4 monogermane:

GeH 4 \u003d Ge + 2H 2,

som dannes under dekomponering av forbindelser av aktive metaller med ge-germanider av syrer:

Mg 2 Ge + 4HCl \u003d GeH 4 - + 2MgCl 2

Germanium forekommer som en blanding i polymetalliske, nikkel- og wolframmalmer, så vel som i silikater. Som et resultat av komplekse og tidkrevende operasjoner for anrikning av malm og dens konsentrasjon, isoleres germanium i form av GeO 2-oksid, som reduseres med hydrogen ved 600 ° C til et enkelt stoff:

GeO 2 + 2H 2 \u003d Ge + 2H 2 O.

Rensing og vekst av germanium-enkeltkrystaller utføres ved sonesmelting.

Rent germaniumdioksid ble oppnådd for første gang i USSR tidlig i 1941. Det ble brukt til å lage germaniumglass med svært høy brytningsindeks. Forskning på grunnstoff nr. 32 og metoder for mulig produksjon ble gjenopptatt etter krigen, i 1947. Nå var germanium da av interesse for sovjetiske forskere nettopp som halvleder.

Fysiske egenskaper Tyskland

Utseendemessig forveksles germanium lett med silisium.

Germanium krystalliserer i en kubisk struktur av diamanttypen, enhetscelleparameter a = 5,6575Å.

Dette elementet er ikke så sterkt som titan eller wolfram. Tettheten av fast germanium er 5,327 g/cm3 (25°C); væske 5,557 (1000°C); t pl 937,5°C; kokepunkt ca. 2700°C; termisk konduktivitetskoeffisient ~60 W/(m K), eller 0,14 cal/(cm sek grader) ved 25°C.

Germanium er nesten like sprø som glass og kan oppføre seg deretter. Selv ved vanlig temperatur, men over 550 ° C, er den mottagelig for plastisk deformasjon. Hardhet Tyskland på mineralogisk skala 6-6,5; kompressibilitetskoeffisient (i trykkområdet 0-120 Gn/m 2 eller 0-12000 kgf/mm 2) 1,4 10 -7 m 2 /mn (1,4 10 -6 cm 2 /kgf); overflatespenning 0,6 N/m (600 dyn/cm). Germanium er en typisk halvleder med et båndgap på 1,104 10 -19 J eller 0,69 eV (25°C); elektrisk resistivitet høy renhet Tyskland 0,60 ohm-m (60 ohm-cm) ved 25°C; mobiliteten til elektroner er 3900 og mobiliteten til hull er 1900 cm 2 /v sek (25 ° C) (med et urenhetsinnhold på mindre enn 10 -8%).

Alle "uvanlige" modifikasjoner av krystallinsk germanium er overlegne Ge-I og elektrisk ledningsevne. Omtalen av denne spesielle egenskapen er ikke tilfeldig: verdien av elektrisk ledningsevne (eller gjensidig verdi - resistivitet) er spesielt viktig for et halvlederelement.

Kjemiske egenskaper Tyskland

I kjemiske forbindelser viser germanium vanligvis valenser på 4 eller 2. Forbindelser med en valens på 4 er mer stabile. Under normale forhold er den motstandsdyktig mot luft og vann, alkalier og syrer, løselig i vannvann og i en alkalisk løsning av hydrogenperoksid. Germaniumlegeringer og glass basert på germaniumdioksid brukes.

I kjemiske forbindelser viser germanium vanligvis valenser på 2 og 4, med forbindelser av 4-valent germanium som er mer stabile. Ved romtemperatur er germanium motstandsdyktig mot luft, vann, alkaliløsninger og fortynnede salt- og svovelsyrer, men løses lett opp i vannvann og i en alkalisk løsning av hydrogenperoksid. Salpetersyre oksiderer sakte. Ved oppvarming i luft til 500-700°C oksideres germanium til GeO og GeO 2 oksider. Tyskland oksid (IV) - hvitt pulver med t pl 1116°C; løselighet i vann 4,3 g/l (20°C). I henhold til dens kjemiske egenskaper er den amfoterisk, løselig i alkalier og vanskelig i mineralsyrer. Det oppnås ved å kalsinere det hydratiserte bunnfallet (GeO 3 nH 2 O) som frigjøres under hydrolysen av GeCl 4-tetraklorid. Fusjon av GeO 2 med andre oksider kan oppnås derivater av germansyre - metallgermanater (Li 2 GeO 3, Na 2 GeO 3 og andre) - faste stoffer med høye smeltepunkter.

Når germanium reagerer med halogener, dannes de tilsvarende tetrahalogenidene. Reaksjonen foregår lettest med fluor og klor (allerede ved romtemperatur), deretter med brom (svak oppvarming) og jod (ved 700-800°C i nærvær av CO). En av de viktigste forbindelsene Tyskland GeCl 4 tetraklorid er en fargeløs væske; tpl -49,5°C; kokepunkt 83,1°C; tetthet 1,84 g/cm3 (20°C). Vann hydrolyserer kraftig med frigjøring av et bunnfall av hydratisert oksid (IV). Det oppnås ved klorering av metallisk Tyskland eller ved interaksjon av GeO 2 med konsentrert HCl. Også kjent er Tyskland-dihalogenider med den generelle formelen GeX2, GeCl-monoklorid, Ge2Cl6-heksaklordigerman og Tyskland-oksyklorider (for eksempel CeOCl2).

Svovel reagerer kraftig med Tyskland ved 900-1000°C for å danne GeS2-disulfid, et hvitt fast stoff, smp. 825°C. GeS monosulfid og lignende forbindelser fra Tyskland med selen og tellur, som er halvledere, er også beskrevet. Hydrogen reagerer lett med germanium ved 1000-1100°C for å danne kim (GeH) X, en ustabil og lett flyktig forbindelse. Ved å reagere germanider med fortynnet saltsyre kan man få germanohydrogener av serien Ge n H 2n+2 opp til Ge 9 H 20. Germylene-sammensetningen GeH 2 er også kjent. Germanium reagerer ikke direkte med nitrogen, men det er Ge 3 N 4 nitrid, som oppnås ved påvirkning av ammoniakk på Germanium ved 700-800°C. Germanium interagerer ikke med karbon. Germanium danner forbindelser med mange metaller - germanider.

Tallrike komplekse forbindelser fra Tyskland er kjent, som blir stadig viktigere både i den analytiske kjemien til germanium og i prosessene for fremstilling av det. Germanium danner komplekse forbindelser med organiske hydroksylholdige molekyler (flerverdige alkoholer, flerbasiske syrer og andre). Heteropolysyrer Tyskland ble oppnådd. Så vel som for andre elementer i gruppe IV, er Tyskland preget av dannelsen av organometalliske forbindelser, et eksempel på disse er tetraetylgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3.

Forbindelser av toverdig germanium.

Germanium(II)hydrid GeH2. Hvitt ustabilt pulver (i luft eller oksygen brytes det ned ved en eksplosjon). Reagerer med alkalier og brom.

Germanium (II) monohydrid polymer (polygermin) (GeH 2) n . Brunaktig svart pulver. Dårlig løselig i vann, brytes øyeblikkelig ned i luft og eksploderer ved oppvarming til 160 ° C i vakuum eller i en inert gassatmosfære. Dannet under elektrolysen av natriumgermanid NaGe.

Germanium(II)oksid GeO. Svarte krystaller med grunnleggende egenskaper. Spaltes ved 500°C til GeO 2 og Ge. Oksyderer sakte i vann. Lite løselig i saltsyre. Viser restaurerende egenskaper. Oppnådd ved påvirkning av CO 2 på metallisk germanium, oppvarmet til 700-900 ° C, alkalier - på germanium (II) klorid, ved å kalsinere Ge (OH) 2 eller ved å redusere GeO 2.

Germaniumhydroksid (II) Ge (OH) 2. Rød-oransje krystaller. Når den varmes opp, blir den til GeO. Viser amfoterisk karakter. Oppnådd ved behandling av germanium (II) salter med alkalier og hydrolyse av germanium (II) salter.

Germanium(II)fluorid GeF2. Fargeløse hygroskopiske krystaller, t pl =111°C. Oppnådd av virkningen av GeF 4-damp på germaniummetall ved oppvarming.

Germanium(II)klorid GeCl2. Fargeløse krystaller. t pl \u003d 76,4 ° C, t bp \u003d 450 ° C. Ved 460 ° С brytes det ned til GeCl 4 og metallisk germanium. Hydrolysert av vann, lett løselig i alkohol. Oppnådd ved virkningen av GeCl 4-damper på germaniummetall ved oppvarming.

Germanium (II) bromid GeBr 2. Gjennomsiktige nålekrystaller. t pl \u003d 122 ° C. Hydrolyserer med vann. Lite løselig i benzen. Løselig i alkohol, aceton. Oppnådd ved interaksjon av germanium(II)hydroksid med hydrobromsyre. Når det varmes opp, disproporsjoneres det til metallisk germanium og germanium (IV) bromid.

Germanium(II)jodid GeI2. Gule sekskantede plater, diamagnetiske. t pl =460 ca C. Lite løselig i kloroform og karbontetraklorid. Når den varmes opp over 210°C, spaltes den til metallisk germanium og germaniumtetrajodid. Oppnådd ved reduksjon av germanium(II)jodid med hypofosforsyre eller ved termisk dekomponering av germaniumtetrajodid.

Germanium(II)sulfid GeS. Mottatt på tørr måte - gråsvarte briljante rombiske ugjennomsiktige krystaller. t pl \u003d 615 ° C, tetthet er 4,01 g / cm 3. Lite løselig i vann og ammoniakk. Løselig i kaliumhydroksid. Mottatt vått - rødbrunt amorft bunnfall, tettheten er 3,31 g/cm 3 . Løselig i mineralsyrer og ammoniumpolysulfid. Oppnådd ved å varme germanium med svovel eller føre hydrogensulfid gjennom en germanium (II) saltløsning.

Forbindelser av tetravalent germanium.

Germanium(IV)hydrid GeH4. Fargeløs gass (tetthet er 3,43 g/cm 3 ). Det er giftig, lukter veldig ubehagelig, koker ved -88 o C, smelter ved ca -166 o C, dissosierer termisk over 280 o C. Passerer GeH 4 gjennom et oppvarmet rør, oppnås et skinnende speil av metallisk germanium på veggene. Oppnådd ved påvirkning av LiAlH 4 på germanium (IV) klorid i eter eller ved å behandle en løsning av germanium (IV) klorid med sink og svovelsyre.

Germaniumoksid (IV) GeO 2. Den eksisterer i form av to krystallinske modifikasjoner (sekskantet med en tetthet på 4,703 g / cm 3 og tetraedrisk med en tetthet på 6,24 g / cm 3). Begge er luftbestandige. Lite løselig i vann. t pl \u003d 1116 ° C, t kip \u003d 1200 ° C. Viser amfoterisk karakter. Det reduseres av aluminium, magnesium, karbon til metallisk germanium ved oppvarming. Oppnådd ved syntese fra grunnstoffer, kalsinering av germaniumsalter med flyktige syrer, oksidasjon av sulfider, hydrolyse av germaniumtetrahalogenider, behandling av alkalimetallgermanitter med syrer, metallisk germanium med konsentrert svovelsyre eller salpetersyre.

Germanium(IV)fluorid GeF4. En fargeløs gass som ryker i luften. t pl \u003d -15 ca C, t kip \u003d -37 ° C. Hydrolyserer med vann. Oppnådd ved dekomponering av bariumtetrafluorgermanat.

Germanium(IV)klorid GeCl4. Fargeløs væske. t pl \u003d -50 o C, t kip \u003d 86 o C, tetthet er 1,874 g / cm 3. Hydrolysert av vann, løselig i alkohol, eter, karbondisulfid, karbontetraklorid. Oppnådd ved å varme germanium med klor og føre hydrogenklorid gjennom en suspensjon av germaniumoksid (IV).

Germanium(IV)bromid GeBr4. Oktaedriske fargeløse krystaller. t pl \u003d 26 o C, t kip \u003d 187 o C, tetthet er 3,13 g / cm 3. Hydrolyserer med vann. Løselig i benzen, karbondisulfid. Oppnådd ved å føre bromdamp over oppvarmet metallisk germanium eller ved påvirkning av hydrobromsyre på germanium(IV)oksid.

Germanium(IV)jodid GeI4. Gul-oransje oktaedriske krystaller, t pl \u003d 146 ° C, t kip \u003d 377 ° C, tettheten er 4,32 g / cm 3. Ved 445 ° C brytes det ned. Løselig i benzen, karbondisulfid og hydrolysert av vann. I luft brytes det gradvis ned til germanium (II) jodid og jod. Fester ammoniakk. Oppnådd ved å føre joddamp over oppvarmet germanium eller ved påvirkning av jodvannsyre på germanium(IV)oksid.

Germanium (IV) sulfid GeS 2. Hvitt krystallinsk pulver, t pl \u003d 800 ° C, tetthet er 3,03 g / cm 3. Litt løselig i vann og hydrolyserer sakte i det. Løselig i ammoniakk, ammoniumsulfid og alkalimetallsulfider. Det oppnås ved å varme germanium (IV) oksid i en strøm av svoveldioksid med svovel eller ved å føre hydrogensulfid gjennom en løsning av germanium (IV) salt.

Germaniumsulfat (IV) Ge (SO 4) 2. Fargeløse krystaller, tetthet er 3,92 g/cm 3 . Det spaltes ved 200 o C. Det reduseres med kull eller svovel til sulfid. Reagerer med vann og alkaliske løsninger. Oppnådd ved oppvarming av germanium (IV) klorid med svoveloksid (VI).

Isotoper av germanium

Det er fem isotoper som finnes i naturen: 70 Ge (20,55 % vekt), 72 Ge (27,37 %), 73 Ge (7,67), 74 Ge (36,74 %), 76 Ge (7,67 %). De fire første er stabile, den femte (76 Ge) gjennomgår dobbelt beta-forfall med en halveringstid på 1,58×10 21 år. I tillegg er det to «langlivede» kunstige: 68 Ge (halveringstid 270,8 dager) og 71 Ge (halveringstid 11,26 dager).

Påføring av germanium

Germanium brukes til fremstilling av optikk. På grunn av sin gjennomsiktighet i det infrarøde området av spekteret, er metallisk germanium med ultrahøy renhet av strategisk betydning i produksjonen av optiske elementer for infrarød optikk. I radioteknikk har germaniumtransistorer og detektordioder egenskaper som er forskjellige fra silisium, på grunn av den lavere pn-junction triggerspenningen i germanium - 0,4V mot 0,6V for silisiumenheter.

For flere detaljer, se artikkelen om bruk av germanium.

Den biologiske rollen til germanium

Germanium finnes i dyr og planter. Små mengder germanium har ingen fysiologisk effekt på planter, men er giftig i store mengder. Germanium er ikke giftig for muggsopp.

For dyr har germanium lav toksisitet. Germaniumforbindelser har ikke vist seg å ha en farmakologisk effekt. Den tillatte konsentrasjonen av germanium og dets oksid i luften er 2 mg / m³, det vil si det samme som for asbeststøv.

Toverdige germaniumforbindelser er mye mer giftige.

I eksperimenter som bestemmer fordelingen av organisk germanium i kroppen 1,5 timer etter oral administrering, ble følgende resultater oppnådd: en stor mengde organisk germanium finnes i mage, tynntarm, benmarg, milt og blod. Dessuten viser dets høye innhold i mage og tarm at prosessen med absorpsjon i blodet har en langvarig effekt.

Det høye innholdet av organisk germanium i blodet tillot Dr. Asai å fremsette følgende teori om virkningsmekanismen i menneskekroppen. Det antas at organisk germanium i blodet oppfører seg på samme måte som hemoglobin, som også har en negativ ladning og, som hemoglobin, deltar i prosessen med oksygenoverføring i kroppsvev. Dette forhindrer utvikling av oksygenmangel (hypoksi) på vevsnivå. Organisk germanium forhindrer utviklingen av såkalt blodhypoksi, som oppstår med en reduksjon i mengden hemoglobin som er i stand til å feste oksygen (en reduksjon i oksygenkapasiteten i blodet), og utvikler seg med blodtap, karbonmonoksidforgiftning og stråling eksponering. De mest følsomme for oksygenmangel er sentralnervesystemet, hjertemuskelen, nyrenes vev og leveren.

Som et resultat av eksperimentene ble det også funnet at organisk germanium fremmer induksjonen av gamma-interferoner, som undertrykker reproduksjonen av raskt delende celler og aktiverer spesifikke celler (T-drepere). De viktigste virkeområdene til interferoner på kroppsnivå er antiviral og antitumorbeskyttelse, immunmodulerende og radiobeskyttende funksjoner i lymfesystemet.

I prosessen med å studere patologiske vev og vev med primære tegn på sykdom, ble det funnet at de alltid er preget av mangel på oksygen og tilstedeværelsen av positivt ladede hydrogenradikaler H + . H + ioner har en ekstremt negativ effekt på cellene i menneskekroppen, opp til deres død. Oksygenioner, som har evnen til å kombinere med hydrogenioner, gjør det mulig å selektivt og lokalt kompensere for skade på celler og vev forårsaket av hydrogenioner. Virkningen av germanium på hydrogenioner skyldes dens organiske form - formen av seskvioksid. Ved utarbeidelsen av artikkelen ble materialer fra Suponenko A.N. brukt.

Germanium (fra latin Germanium), betegnet "Ge", et element i den IV. gruppen av det periodiske systemet for kjemiske elementer til Dmitry Ivanovich Mendeleev; grunnstoff nummer 32, atommasse er 72,59. Germanium er et gråhvitt fast stoff med en metallisk glans. Selv om fargen på germanium er et ganske relativt konsept, avhenger alt av overflatebehandlingen av materialet. Noen ganger kan det være grått som stål, noen ganger sølvfarget, og noen ganger helt svart. Utad er germanium ganske nær silisium. Disse elementene ligner ikke bare hverandre, men har også stort sett de samme halvlederegenskapene. Deres vesentlige forskjell er det faktum at germanium er mer enn dobbelt så tungt som silisium.

Germanium, funnet i naturen, er en blanding av fem stabile isotoper med massetall 76, 74, 73, 32, 70. Tilbake i 1871 spådde den berømte kjemikeren, "faren" til det periodiske systemet, Dmitry Ivanovich Mendeleev egenskapene og eksistensen av germanium. Han kalte grunnstoffet ukjent på den tiden "ekasilicium", fordi. egenskapene til det nye stoffet var på mange måter likt silisium. I 1886, etter å ha studert mineralet argyrdite, oppdaget den tyske førtiåtte år gamle kjemikeren K. Winkler et helt nytt kjemisk grunnstoff i den naturlige blandingen.

Først ønsket kjemikeren å kalle grunnstoffet neptunium, fordi planeten Neptun også ble forutsagt mye tidligere enn den ble oppdaget, men så fikk han vite at et slikt navn allerede hadde blitt brukt i den falske oppdagelsen av et av grunnstoffene, så Winkler bestemte seg for å forlate dette navnet. Forskeren ble tilbudt å navngi elementet angularium, som betyr "kontroversielt, kantet", men Winkler var heller ikke enig i dette navnet, selv om element nr. 32 virkelig skapte mye kontrovers. Forskeren var tysk av nasjonalitet, så han bestemte seg til slutt for å navngi elementet germanium, til ære for hjemlandet Tyskland.

Som det viste seg senere, viste det seg at germanium ikke var noe mer enn det tidligere oppdagede "ekasilicium". Fram til andre halvdel av det tjuende århundre var den praktiske nytten av germanium ganske smal og begrenset. Den industrielle produksjonen av metall begynte bare som et resultat av begynnelsen av den industrielle produksjonen av halvlederelektronikk.

Germanium er et halvledermateriale mye brukt i elektronikk og ingeniørfag, samt i produksjon av mikrokretser og transistorer. Radarinstallasjoner bruker tynne filmer av germanium, som påføres glass og brukes som motstand. Legeringer med germanium og metaller brukes i detektorer og sensorer.

Grunnstoffet har ikke en slik styrke som wolfram eller titan, det tjener ikke som en uuttømmelig energikilde som plutonium eller uran, den elektriske ledningsevnen til materialet er også langt fra den høyeste, og jern er hovedmetallet i industriell teknologi. Til tross for dette er germanium en av de viktigste komponentene i den tekniske utviklingen i samfunnet vårt, fordi. det enda tidligere enn silisium begynte å bli brukt som halvledermateriale.

I denne forbindelse vil det være på sin plass å spørre: Hva er halvledning og halvledere? Selv eksperter kan ikke svare nøyaktig på dette spørsmålet, fordi. vi kan snakke om den spesifikt vurderte egenskapen til halvledere. Det finnes også en eksakt definisjon, men bare fra folklorefeltet: En halvleder er en leder for to biler.

En bar germanium koster nesten det samme som en gullbarre. Metallet er veldig skjørt, nesten som glass, så hvis du mister en slik barre, er det stor sannsynlighet for at metallet rett og slett går i stykker.

Germanium metall, egenskaper

Biologiske egenskaper

For medisinske behov var germanium mest brukt i Japan. Resultatene av tester av organogermaniumforbindelser på dyr og mennesker har vist at de er i stand til å ha en gunstig effekt på kroppen. I 1967 oppdaget den japanske legen K. Asai at organisk germanium har en bred biologisk effekt.

Blant alle dens biologiske egenskaper, bør det bemerkes:

• - sikre overføring av oksygen til kroppens vev;
• - øke immunstatusen til kroppen;
• - manifestasjon av antitumoraktivitet.

Deretter skapte japanske forskere verdens første medisinske produkt som inneholder germanium - "Germanium - 132".

I Russland dukket det første innenlandske stoffet som inneholder organisk germanium opp først i 2000.

Prosessene med biokjemisk utvikling av overflaten av jordskorpen hadde ikke den beste effekten på innholdet av germanium i den. Det meste av grunnstoffet har blitt vasket fra land og ut i havene, slik at innholdet i jorda forblir ganske lavt.

Blant planter som har evnen til å absorbere germanium fra jorda, er lederen ginseng (germanium opptil 0,2%). Germanium finnes også i hvitløk, kamfer og aloe, som tradisjonelt brukes i behandlingen av ulike menneskelige sykdommer. I vegetasjonen finnes germanium i form av karboksyetylsemioksid. Nå er det mulig å syntetisere seskvioksaner med et pyrimidinfragment - organiske forbindelser av germanium. Denne forbindelsen i sin struktur er nær naturlig, som i roten av ginseng.

Germanium kan tilskrives sjeldne sporstoffer. Det finnes i et stort antall forskjellige produkter, men i magre doser. Det daglige inntaket av organisk germanium er satt til 8-10 mg. En vurdering av 125 matvarer viste at ca. 1,5 mg germanium kommer inn i kroppen daglig med mat. Innholdet av sporstoffet i 1 g rå mat er ca. 0,1 - 1,0 μg. Germanium finnes i melk, tomatjuice, laks og bønner. Men for å dekke det daglige behovet for germanium bør du drikke 10 liter tomatjuice daglig eller spise ca 5 kilo laks. Fra et synspunkt av kostnadene for disse produktene, de fysiologiske egenskapene til en person og sunn fornuft, er bruken av en slik mengde germaniumholdige produkter heller ikke mulig. På Russlands territorium har omtrent 80-90% av befolkningen mangel på germanium, og det er grunnen til at spesielle preparater er utviklet.

Praktiske studier har vist at i kroppen er germanium mest av alt i dagens tarm, mage, milt, benmarg og blod. Det høye innholdet av mikroelementet i tarmene og magen indikerer en langvarig virkning av prosessen med absorpsjon av stoffet i blodet. Det er en antagelse om at organisk germanium oppfører seg i blodet på omtrent samme måte som hemoglobin, dvs. har en negativ ladning og er involvert i overføringen av oksygen til vevene. Dermed forhindrer det utviklingen av hypoksi på vevsnivå.

Som et resultat av gjentatte eksperimenter ble egenskapen til germanium å aktivere T-drepere og fremme induksjon av gamma-interferoner, som undertrykker prosessen med reproduksjon av raskt delende celler, bevist. Hovedvirkningsretningen til interferoner er antitumor og antiviral beskyttelse, strålebeskyttende og immunmodulerende funksjoner i lymfesystemet.

Germanium i form av seskvioksid har evnen til å virke på hydrogenioner H +, og jevner ut deres skadelige effekt på kroppsceller. Garantien for utmerket drift av alle systemer i menneskekroppen er uavbrutt tilførsel av oksygen til blodet og alt vev. Organisk germanium leverer ikke bare oksygen til alle punkter i kroppen, men fremmer også samspillet med hydrogenioner.

• – Germanium er et metall, men dets sprøhet kan sammenlignes med glass.
• – Noen oppslagsverk sier at germanium har en sølvfarget farge. Men dette kan ikke sies, fordi fargen på germanium direkte avhenger av metoden for å behandle overflaten av metallet. Noen ganger kan det virke nesten svart, andre ganger har det en stålfarge, og noen ganger kan det være sølvfarget.
• – Germanium ble funnet på overflaten av solen, samt i sammensetningen av meteoritter som falt fra verdensrommet.
• - For første gang ble en organoelementforbindelse av germanium oppnådd av oppdageren av grunnstoffet Clemens Winkler fra germaniumtetraklorid i 1887, det var tetraetylgermanium. Av alle organoelementforbindelsene av germanium oppnådd på det nåværende stadiet, er ingen giftig. Samtidig er de fleste av tinn- og blyorganiske mikroelementer, som er analoger av germanium i deres fysiske egenskaper, giftige.
• - Dmitri Ivanovich Mendeleev forutså tre kjemiske grunnstoffer allerede før oppdagelsen deres, inkludert germanium, og kalte grunnstoffet ekasilicium på grunn av dets likhet med silisium. Forutsigelsen til den berømte russiske forskeren var så nøyaktig at den rett og slett forbløffet forskere, inkl. og Winkler, som oppdaget germanium. Atomvekten ifølge Mendeleev var 72, i virkeligheten var den 72,6; egenvekten ifølge Mendeleev var 5,5 i virkeligheten - 5,469; atomvolum ifølge Mendeleev var 13 i virkeligheten - 13.57; det høyeste oksidet ifølge Mendeleev er EsO2, i virkeligheten - GeO2, dens egenvekt ifølge Mendeleev var 4,7, i virkeligheten - 4,703; kloridforbindelse i henhold til Mendeleev EsCl4 - væske, kokepunkt omtrent 90 ° C, faktisk - kloridforbindelse GeCl4 - væske, kokepunkt 83 ° C, forbindelse med hydrogen i henhold til Mendeleev EsH4 er gassformig, forbindelse med hydrogen er faktisk GeH4 gassformig; metallorganisk forbindelse i henhold til Mendeleev Es(C2H5)4, kokepunkt 160 °C, organometallisk forbindelse i virkeligheten - Ge(C2H5)4 kokepunkt 163,5 °C. Som det fremgår av informasjonen som er gjennomgått ovenfor, var Mendeleevs spådom overraskende nøyaktig.
• – 26. februar 1886 begynte Clemens Winkler sitt brev til Mendeleev med ordene «Kjære herre». Han fortalte på en ganske høflig måte den russiske forskeren om oppdagelsen av et nytt element, kalt germanium, som i sine egenskaper ikke var noe annet enn den tidligere forutsagte Mendeleevs "ekasilicium". Dmitri Ivanovich Mendeleevs svar var ikke mindre høflig. Forskeren var enig i oppdagelsen av sin kollega, og kalte germanium "kronen på hans periodiske system", og Winkler "faren" til elementet som er verdig å bære denne "kronen".
• – Germanium som en klassisk halvleder har blitt nøkkelen til å løse problemet med å lage superledende materialer som opererer ved temperaturen til flytende hydrogen, men ikke flytende helium. Som du vet går hydrogen over i en flytende tilstand fra en gassformig tilstand når temperaturen når –252,6 °C, eller 20,5 °K. På 1970-tallet ble det utviklet en film av germanium og niob, hvis tykkelse bare var noen få tusen atomer. Denne filmen er i stand til å opprettholde superledning selv ved temperaturer på 23,2°K og lavere.
• - Når du dyrker en germanium-enkelkrystall, plasseres en germanium-krystall på overflaten av smeltet germanium - et "frø", som gradvis heves ved hjelp av en automatisk enhet, mens smeltetemperaturen litt overstiger smeltepunktet til germanium (937 ° C) . "Frøet" roterer slik at enkeltkrystallen, som de sier, "overgrodd med kjøtt" fra alle sider jevnt. Det skal bemerkes at under slik vekst skjer det samme som i prosessen med sonesmelting, dvs. praktisk talt bare germanium går inn i den faste fasen, og alle urenheter forblir i smelten.

Historie

Eksistensen av et slikt element som germanium ble spådd tilbake i 1871 av Dmitry Ivanovich Mendeleev, på grunn av dets likheter med silisium, ble elementet kalt ekasilicium. I 1886 oppdaget en professor ved Freiberg Mining Academy argyrodite, et nytt sølvmineral. Deretter ble dette mineralet studert ganske nøye av professoren i teknisk kjemi Clemens Winkler, og utførte en fullstendig analyse av mineralet. 48 år gamle Winkler ble med rette ansett som den beste analytikeren ved Freiberg Mining Academy, og det var grunnen til at han fikk muligheten til å studere argyrodite.

På ganske kort tid var professoren i stand til å gi en rapport om prosentandelen av forskjellige elementer i det opprinnelige mineralet: sølv i sammensetningen var 74,72%; svovel - 17,13%; jernholdig oksid - 0,66%; kvikksølv - 0,31%; sinkoksyd - 0,22%.Men nesten syv prosent - det var andelen av et uforståelig element, som det ser ut til, ennå ikke var oppdaget på det fjerne tidspunktet. I forbindelse med dette bestemte Winkler seg for å isolere den uidentifiserte komponenten av argyrodpt, for å studere dens egenskaper, og underveis i forskningen innså han at han faktisk hadde funnet et helt nytt grunnstoff – det var en forklaring spådd av D.I. Mendeleev.

Det ville imidlertid være feil å tro at Winklers arbeid gikk knirkefritt. Dmitry Ivanovich Mendeleev, i tillegg til det åttende kapittelet i sin bok Fundamentals of Chemistry, skriver: "Til å begynne med (februar 1886), mangelen på materiale, så vel som fraværet av et spekter i flammen og løseligheten til germaniumforbindelser, alvorlig hemmet Winklers forskning ...” Det er verdt å ta hensyn til ordene “no spectrum. Men hvordan så? I 1886 var det allerede en mye brukt metode for spektralanalyse. Ved å bruke denne metoden ble elementer som tallium, rubidium, indium, cesium på jorden og helium på solen oppdaget. Forskere visste allerede med sikkerhet at hvert kjemisk element uten unntak har et individuelt spektrum, og så er det plutselig ikke noe spektrum!

Forklaringen på dette fenomenet dukket opp litt senere. Germanium har karakteristiske spektrallinjer. Deres bølgelengde er 2651,18; 3039.06 Ǻ og noen flere. Imidlertid ligger de alle innenfor den ultrafiolette usynlige delen av spekteret, det kan betraktes som heldig at Winkler er en tilhenger av tradisjonelle analysemetoder, fordi det er disse metodene som førte ham til suksess.

Winklers metode for å oppnå germanium fra mineralet er ganske nær en av de moderne industrielle metodene for å isolere det 32. elementet. Først ble germanium, som var inneholdt i argaroid, omdannet til dioksid. Deretter ble det resulterende hvite pulveret oppvarmet til en temperatur på 600-700 °C i en hydrogenatmosfære. I dette tilfellet viste reaksjonen seg å være åpenbar: GeO 2 + 2H 2 → Ge + 2H 2 O.

Det var ved denne metoden det relativt rene grunnstoff nr. 32, germanium, først ble oppnådd. Først hadde Winkler til hensikt å navngi vanadium neptunium, etter planeten med samme navn, fordi Neptun, som germanium, først ble forutsagt, og først da funnet. Men så viste det seg at et slikt navn allerede hadde blitt brukt en gang, et kjemisk grunnstoff, oppdaget feilaktig, ble kalt neptunium. Winkler valgte å ikke gå på akkord med navnet og oppdagelsen hans, og forlot neptunium. En fransk vitenskapsmann Rayon foreslo, men senere anerkjente han forslaget som en spøk, han foreslo å kalle elementet kantet, dvs. «kontroversielt, kantete», men Winkler likte heller ikke dette navnet. Som et resultat valgte forskeren uavhengig et navn for elementet sitt, og kalte det germanium, til ære for hjemlandet Tyskland, over tid ble dette navnet etablert.

Frem til 2. etasje. Det 20. århundre praktisk bruk av germanium forble ganske begrenset. Den industrielle produksjonen av metall oppsto kun i forbindelse med utviklingen av halvledere og halvlederelektronikk.

Å være i naturen

Germanium kan klassifiseres som et sporstoff. I naturen forekommer ikke elementet i sin frie form i det hele tatt. Det totale metallinnholdet i jordskorpen på planeten vår er 7 × 10 −4 % %. Dette er mer enn innholdet av slike kjemiske elementer som sølv, antimon eller vismut. Men germaniums egne mineraler er ganske knappe og svært sjeldne i naturen. Nesten alle disse mineralene er sulfosalter, for eksempel germanitt Cu 2 (Cu, Fe, Ge, Zn) 2 (S, As) 4, confieldite Ag 8 (Sn,Ce)S 6, argyrodite Ag8GeS6 og andre.

Hoveddelen av germanium spredt i jordskorpen er inneholdt i et stort antall bergarter, så vel som mange mineraler: sulfittmalm av ikke-jernholdige metaller, jernmalm, noen oksidmineraler (kromitt, magnetitt, rutil og andre), granitter , diabaser og basalter. I sammensetningen av noen sfaleritter kan innholdet av elementet nå flere kilo per tonn, for eksempel i frankeitt og sulvanitt 1 kg / t, i enargites er innholdet av germanium 5 kg / t, i pyrargyritt - opptil 10 kg / t, men i andre silikater og sulfider - titalls og hundrevis g/t. En liten andel germanium finnes i nesten alle silikater, samt i noen av olje- og kullforekomstene.

Grunnstoffets hovedmineral er germaniumsulfitt (formel GeS2). Mineralet finnes som en urenhet i sinksulfitter og andre metaller. De viktigste germaniummineralene er: germanitt Cu 3 (Ge, Fe, Ga) (S, As) 4, plumbogermanitt (Pb, Ge, Ga) 2 SO 4 (OH) 2 2H 2 O, stotitt FeGe (OH) 6, rhenieritt Cu 3 (Fe, Ge, Zn) (S, As) 4 og argyrodite Ag 8 GeS 6 .

Germanium er til stede på territoriene til alle stater uten unntak. Men ingen av de industrialiserte landene i verden har industrielle forekomster av dette metallet. Germanium er veldig, veldig spredt. På jorden anses mineraler av dette metallet for å være svært sjeldne, og innholdet av germanium er minst 1%. Slike mineraler inkluderer germanitt, argyroditt, ultramafisk og andre, inkludert mineraler oppdaget de siste tiårene: schtotitt, renieritt, plumbogermanitt og konfielditt. Forekomstene av alle disse mineralene er ikke i stand til å møte behovene til moderne industri i dette sjeldne og viktige kjemiske elementet.

Hovedtyngden av germanium er spredt i mineraler av andre kjemiske elementer, og finnes også i naturlig vann, i kull, i levende organismer og i jord. For eksempel når innholdet av germanium i vanlig kull noen ganger mer enn 0,1%. Men en slik figur er ganske sjelden, vanligvis er andelen germanium lavere. Men det er nesten ikke germanium i antrasitt.

Kvittering

Under bearbeiding av germaniumsulfid oppnås oksid GeO 2, ved hjelp av hydrogen reduseres det for å få fritt germanium.

I industriell produksjon utvinnes germanium hovedsakelig som et biprodukt fra bearbeiding av ikke-jernholdige metallmalmer (sinkblanding, sink-kobber-bly polymetalliske konsentrater som inneholder 0,001-0,1 % germanium), aske fra kullforbrenning og noen koksprodukter .

Til å begynne med blir germaniumkonsentrat (fra 2% til 10% germanium) isolert fra kildene diskutert ovenfor på forskjellige måter, valget av disse avhenger av sammensetningen av råmaterialet. Ved bearbeiding av bokskull utfelles germanium delvis (fra 5% til 10%) i tjærevannet og harpiksen, derfra ekstraheres det i kombinasjon med tannin, hvoretter det tørkes og brennes ved en temperatur på 400-500°C. °C. Resultatet er et konsentrat som inneholder ca. 30-40% germanium, germanium er isolert fra det i form av GeCl 4 . Prosessen med å utvinne germanium fra et slikt konsentrat inkluderer som regel de samme stadiene:

1) Konsentratet kloreres med saltsyre, en blanding av syre og klor i vandig medium, eller andre kloreringsmidler som kan resultere i teknisk GeCl 4 . For å rense GeCl 4 brukes rektifisering og ekstraksjon av urenheter av konsentrert saltsyre.

2) Hydrolyse av GeCl 4 utføres, hydrolyseproduktene kalsineres inntil GeO 2 oksid er oppnådd.

3) GeO reduseres med hydrogen eller ammoniakk til rent metall.

Ved mottak av det reneste germanium, som brukes i halvledertekniske midler, utføres sonesmeltingen av metallet. Enkeltkrystallgermanium, nødvendig for halvlederproduksjon, oppnås vanligvis ved sonesmelting eller ved Czochralski-metoden.

Metoder for å isolere germanium fra tjærevann fra koksplanter ble utviklet av den sovjetiske forskeren V.A. Nazarenko. I dette råmaterialet er germanium ikke mer enn 0,0003%, men ved å bruke et eikeekstrakt fra dem er det lett å utfelle germanium i form av et tannidkompleks.

Hovedkomponenten i tannin er en ester av glukose, der meta-digallsyreradikalen er til stede, som binder germanium, selv om konsentrasjonen av grunnstoffet i løsningen er svært lav. Fra sedimentet kan du enkelt få et konsentrat, hvor innholdet av germaniumdioksid er opptil 45%.

Påfølgende transformasjoner vil allerede avhenge lite av typen råstoff. Germanium reduseres med hydrogen (som i tilfellet med Winkler på 1800-tallet), men germaniumoksid må først isoleres fra mange urenheter. Den vellykkede kombinasjonen av egenskapene til én germaniumforbindelse viste seg å være svært nyttig for å løse dette problemet.

Germaniumtetraklorid GeCl4. er en flyktig væske som koker ved bare 83,1°C. Derfor er det ganske praktisk renset ved destillasjon og rektifisering (i kvartskolonner med pakking).

GeCl4 er nesten uløselig i saltsyre. Dette betyr at oppløsningen av HCl-urenheter kan brukes til å rense den.

Renset germaniumtetraklorid behandles med vann, renses med ionebytterharpikser. Et tegn på ønsket renhet er en økning i resistiviteten til vann til 15-20 millioner ohm cm.

Hydrolyse av GeCl4 skjer under påvirkning av vann:

GeCl4 + 2H2O → Ge02 + 4HCl.

Det kan sees at vi har foran oss den "skrevne bakover" ligningen for reaksjonen for å oppnå germaniumtetraklorid.

Deretter kommer reduksjonen av GeO2 ved å bruke renset hydrogen:

GeO2 + 2 H2O → Ge + 2 H2O.

Som et resultat oppnås pulverisert germanium, som legeres og deretter renses ved sonesmeltemetoden. Denne rensemetoden ble utviklet tilbake i 1952 spesielt for rensing av germanium.

Urenhetene som er nødvendige for å gi germanium en spesiell type ledningsevne, introduseres i sluttfasen av produksjonen, nemlig under sonesmelting, så vel som under veksten av en enkelt krystall.

applikasjon

Germanium er et halvledermateriale som brukes i elektronikk og teknologi i produksjon av mikrokretser og transistorer. De tynneste filmene av germanium påføres glass og brukes som motstand i radarinstallasjoner. Legeringer av germanium med forskjellige metaller brukes til fremstilling av detektorer og sensorer. Germaniumdioksid er mye brukt i produksjon av briller som har egenskapen til å overføre infrarød stråling.

Germanium telluride har fungert som et stabilt termoelektrisk materiale i svært lang tid, så vel som en komponent av termoelektriske legeringer (termisk middel emf med 50 μV/K). Germanium med ultrahøy renhet spiller en usedvanlig strategisk rolle i produksjonen av prismer og linser for infrarød optikk. Den største forbrukeren av germanium er nettopp infrarød optikk, som brukes i datateknologi, missilsikte- og styresystemer, nattsynsapparater, kartlegging og studiet av jordoverflaten fra satellitter. Germanium er også mye brukt i fiberoptiske systemer (tilsetning av germaniumtetrafluorid til glassfiber), så vel som i halvlederdioder.

Germanium som en klassisk halvleder har blitt nøkkelen til å løse problemet med å lage superledende materialer som opererer ved temperaturen til flytende hydrogen, men ikke flytende helium. Som du vet går hydrogen over i en flytende tilstand fra en gassformig tilstand når temperaturen når -252,6 °C, eller 20,5 °K. På 1970-tallet ble det utviklet en film av germanium og niob, hvis tykkelse bare var noen få tusen atomer. Denne filmen er i stand til å opprettholde superledning selv ved temperaturer på 23,2°K og lavere.

Ved å smelte indium inn i HES-platen, og dermed skape et område med såkalt hullledningsevne, får man en likeretteranordning, d.v.s. diode. Dioden har egenskapen til å føre elektrisk strøm i én retning: elektronområdet fra området med hullledning. Etter at indium er smeltet sammen på begge sider av HES-platen, blir denne platen grunnlaget for transistoren. For første gang i verden ble en germanium-transistor skapt tilbake i 1948, og etter bare tjue år ble hundrevis av millioner av slike enheter produsert.

Dioder basert på germanium og trioder har blitt mye brukt i fjernsyn og radioer, i et bredt utvalg av måleutstyr og regneapparater.

Germanium brukes også i andre spesielt viktige områder av moderne teknologi: ved måling av lave temperaturer, ved detektering av infrarød stråling, etc.

Bruken av kosten i alle disse områdene krever germanium med svært høy kjemisk og fysisk renhet. Kjemisk renhet er en slik renhet hvor mengden av skadelige urenheter ikke bør være mer enn en ti-milliondel av en prosent (10-7%). Fysisk renhet betyr et minimum av dislokasjoner, et minimum av forstyrrelser i krystallstrukturen til et stoff. For å oppnå det, er enkrystall germanium spesielt dyrket. I dette tilfellet er hele metallblokken bare en krystall.

For å gjøre dette plasseres en germaniumkrystall på overflaten av smeltet germanium - et "frø", som gradvis stiger ved hjelp av en automatisk enhet, mens smeltetemperaturen litt overstiger smeltepunktet til germanium (937 ° C). "Frøet" roterer slik at enkeltkrystallen, som de sier, "overgrodd med kjøtt" fra alle sider jevnt. Det skal bemerkes at under slik vekst skjer det samme som i prosessen med sonesmelting, dvs. praktisk talt bare germanium går inn i den faste fasen, og alle urenheter forblir i smelten.

Fysiske egenskaper

Sannsynligvis var det få av leserne av denne artikkelen som måtte se vanadium visuelt. Selve elementet er ganske lite og dyrt, de lager ikke forbruksvarer av det, og deres germaniumfylling, som skjer i elektriske apparater, er så liten at det ikke er mulig å se metallet.

Noen oppslagsverk sier at germanium er sølvfarget. Men dette kan ikke sies, fordi fargen på germanium direkte avhenger av metoden for å behandle overflaten av metallet. Noen ganger kan det virke nesten svart, andre ganger har det en stålfarge, og noen ganger kan det være sølvfarget.

Germanium er et så sjeldent metall at prisen på barren kan sammenlignes med prisen på gull. Germanium er preget av økt sprøhet, som bare kan sammenlignes med glass. Utad er germanium ganske nær silisium. Disse to elementene er begge konkurrenter om tittelen på den viktigste halvlederen og analoger. Selv om noen av de tekniske egenskapene til elementet stort sett er like, når det gjelder materialenes utseende, er det veldig enkelt å skille germanium fra silisium, germanium er mer enn dobbelt så tungt. Tettheten til silisium er 2,33 g/cm3 og tettheten til germanium er 5,33 g/cm3.

Men det er umulig å snakke entydig om tettheten av germanium, fordi. tallet 5,33 g/cm3 refererer til germanium-1. Dette er en av de viktigste og vanligste modifikasjonene av de fem allotropiske modifikasjonene av det 32. elementet. Fire av dem er krystallinske og en er amorf. Germanium-1 er den letteste av de fire krystallinske modifikasjonene. Dens krystaller er bygget nøyaktig det samme som diamantkrystaller, a = 0,533 nm. Imidlertid, hvis denne strukturen er maksimalt tett for karbon, har germanium også tettere modifikasjoner. Moderat varme og høyt trykk (ca. 30 tusen atmosfærer ved 100 ° C) konverterer germanium-1 til germanium-2, hvis krystallgitterstruktur er nøyaktig den samme som hvitt tinn. Vi bruker samme metode for å oppnå germanium-3 og germanium-4, som er enda tettere. Alle disse "ikke helt vanlige" modifikasjonene er overlegne germanium-1, ikke bare i tetthet, men også i elektrisk ledningsevne.

Tettheten av flytende germanium er 5,557 g/cm3 (ved 1000°C), smeltetemperaturen til metallet er 937,5°C; kokepunktet er ca. 2700°C; verdien av varmeledningskoeffisienten er omtrent 60 W / (m (K), eller 0,14 cal / (cm (sek (grader)) ved en temperatur på 25 ° C. Ved vanlige temperaturer er til og med rent germanium skjøre, men når den når 550 ° C, den begynner å bukke under På mineralogisk skala er hardheten til germanium fra 6 til 6,5, verdien av komprimerbarhetskoeffisienten (i trykkområdet fra 0 til 120 H / m 2, eller fra 0 til 12000 kgf / mm 2) er 1,4 10-7 m 2 /mn (eller 1,4 10-6 cm 2 /kgf), overflatespenningen er 0,6 n/m (eller 600 dyn/cm).

Germanium er en typisk halvleder med en båndgapstørrelse på 1,104·10 -19 eller 0,69 eV (ved 25°C); i høyrent germanium er den elektriske resistiviteten 0,60 ohm (m (60 ohm (cm) (25 ° C); elektronmobilitetsindeksen er 3900, og hullmobiliteten er 1900 cm 2 / in. sek (ved 25 ° C og ved innhold fra 8 % av urenheter.) For infrarøde stråler, hvis bølgelengde er mer enn 2 mikron, er metallet gjennomsiktig.

Germanium er ganske sprøtt, det kan ikke varme- eller kaldbearbeides ved trykk under 550 °C, men hvis temperaturen stiger, blir metallet duktilt. Hardheten til metallet på den mineralogiske skalaen er 6,0-6,5 (germanium sages til plater ved hjelp av en metall- eller diamantskive og et slipemiddel).

Kjemiske egenskaper

Germanium, som er i kjemiske forbindelser, viser vanligvis den andre og fjerde valensen, men forbindelser av tetravalent germanium er mer stabile. Germanium ved romtemperatur er motstandsdyktig mot virkningen av vann, luft, så vel som alkaliløsninger og fortynnede konsentrater av svovelsyre eller saltsyre, men elementet løses ganske lett i vannvann eller en alkalisk løsning av hydrogenperoksid. Grunnstoffet oksideres sakte ved virkningen av salpetersyre. Ved å nå en temperatur på 500-700 ° C i luft, begynner germanium å oksidere til GeO 2 og GeO oksider. (IV) germaniumoksid er et hvitt pulver med et smeltepunkt på 1116°C og en løselighet i vann på 4,3 g/l (ved 20°C). I henhold til dets kjemiske egenskaper er stoffet amfotert, løselig i alkali, med vanskeligheter i mineralsyre. Det oppnås ved penetrering av det hydratiserte bunnfallet GeO 3 nH 2 O, som frigjøres under hydrolyse Germaniumsyrederivater, for eksempel metallgermanater (Na 2 GeO 3 , Li 2 GeO 3 , etc.) er faste stoffer med høye smeltepunkter, kan oppnås ved å smelte GeO 2 og andre oksider.

Som et resultat av samspillet mellom germanium og halogener kan de tilsvarende tetrahalogenidene dannes. Reaksjonen er lettest å fortsette med klor og fluor (selv ved romtemperatur), deretter med jod (temperatur 700-800 ° C, tilstedeværelse av CO) og brom (med lav oppvarming). En av de viktigste germaniumforbindelsene er tetraklorid (formel GeCl 4). Det er en fargeløs væske med et smeltepunkt på 49,5°C, et kokepunkt på 83,1°C og en tetthet på 1,84 g/cm3 (ved 20°C). Stoffet hydrolyseres sterkt av vann, og frigjør et bunnfall av hydratisert oksid (IV). Tetrakloridet oppnås ved klorering av metallisk germanium eller ved interaksjon av GeO 2 oksid og konsentrert saltsyre. Germaniumdihalogenider med den generelle formelen GeX 2 , hexachlorodigermane Ge 2 Cl 6 , GeCl monoklorid, samt germanium oxychlorides (for eksempel CeOCl 2) er også kjent.

Ved å nå 900-1000 ° C, samhandler svovel kraftig med germanium, og danner GeS 2 disulfid. Det er et hvitt fast stoff med et smeltepunkt på 825°C. Dannelsen av GeS monosulfid og lignende forbindelser av germanium med tellur og selen, som er halvledere, er også mulig. Ved en temperatur på 1000–1100 °C reagerer hydrogen lett med germanium og danner kim (GeH) X, som er en ustabil og svært flyktig forbindelse. Germanske hydrogener av serien Ge n H 2n + 2 til Ge 9 H 20 kan dannes ved å reagere germanider med fortynnet HCl. Germylene er også kjent med sammensetningen GeH 2 . Germanium reagerer ikke direkte med nitrogen, men det er Ge 3 N 4 nitrid, som oppnås ved innvirkning av ammoniakk på germanium (700-800 ° C). Germanium interagerer ikke med karbon. Med mange metaller danner germanium forskjellige forbindelser - germanider.

Mange komplekse forbindelser av germanium er kjent, som blir stadig viktigere i den analytiske kjemien til elementet germanium, så vel som i prosessene for å oppnå et kjemisk element. Germanium er i stand til å danne komplekse forbindelser med hydroksylholdige organiske molekyler (flerverdige alkoholer, flerbasiske syrer og andre). Det er også germanium heteropolysyrer. Som andre gruppe IV-elementer, danner germanium karakteristisk organometalliske forbindelser. Et eksempel er tetraetylgerman (C 2 H 5) 4 Ge 3 .

Menneskekroppen inneholder en enorm mengde mikro- og makroelementer, uten hvilke full funksjon av alle organer og systemer ganske enkelt ville være umulig. Noen av dem hører folk om hele tiden, og andre er ikke mistenkt i det hele tatt, men de spiller alle en rolle for god helse. Sistnevnte gruppe inkluderer også germanium inneholdt i menneskekroppen i en organisk form. Hva slags element det er, hvilke prosesser det er ansvarlig for og hvilket nivå av det regnes som normen - les videre.

Beskrivelse og egenskaper

I en generell forstand er germanium et av de kjemiske elementene presentert i det berømte periodiske systemet (tilhører den fjerde gruppen). I naturen presenteres det som et solid, gråhvitt stoff med en metallisk glans, men i menneskekroppen er det inneholdt i en organisk form.

Det må sies at det ikke kan kalles veldig sjeldent, siden det finnes i jern- og sulfidmalm og silikater, selv om germanium praktisk talt ikke danner sine egne mineraler. Innholdet av det kjemiske elementet i jordskorpen overstiger konsentrasjonen av sølv, antimon og vismut flere ganger, og i noen mineraler når mengden 10 kg per tonn. Vannet i havene inneholder ca 6 10-5 mg/l germanium.

Mange planter som vokser på forskjellige kontinenter er i stand til å absorbere en liten mengde av dette kjemiske elementet og dets forbindelser fra jorda, hvoretter de kan komme inn i menneskekroppen. I organisk form er alle slike komponenter direkte involvert i ulike metabolske og utvinningsprosesser, som vil bli diskutert senere.

Visste du?For første gang ble dette kjemiske elementet lagt merke til i 1886, og de lærte om det takket være innsatsen til den tyske kjemikeren K. Winkler. Riktignok snakket Mendeleev (i 1869) til dette punktet om dens eksistens, som først betinget kalte det "ekasilicium".

Funksjoner og rolle i kroppen

Nylig trodde forskere at germanium er helt ubrukelig for mennesker og i prinsippet utfører absolutt ingen funksjon i kroppen til levende organismer. Ikke desto mindre er det i dag sikkert kjent at individuelle organiske forbindelser av dette kjemiske elementet kan brukes med hell selv som medisinske formuleringer, selv om det er for tidlig å snakke om deres effektivitet.

Eksperimenter utført på laboratoriegnagere har vist at selv en liten mengde germanium kan øke levetiden til dyr med 25-30 %, og dette er i seg selv en god grunn til å tenke på fordelene for mennesker.
Allerede utførte studier av rollen til organisk germanium i menneskekroppen gjør det mulig å skille mellom følgende biologiske funksjoner til dette kjemiske elementet:

• forebygging av oksygensult i kroppen ved å overføre oksygen til vevene (risikoen for såkalt "blodhypoksi", som manifesterer seg med en reduksjon i mengden hemoglobin i erytrocytter, reduseres);
• stimulering av utviklingen av kroppens beskyttende funksjoner ved å undertrykke prosessene med å spre mikrobielle celler og aktivere spesifikke immunitetsceller;
• aktive soppdrepende, antivirale og antibakterielle effekter på grunn av produksjonen av interferon, som beskytter kroppen mot skadelige mikroorganismer;
• kraftig antioksidanteffekt, uttrykt i blokkering av frie radikaler;
• forsinkelse i utviklingen av tumorneoplasmer og forebygging av dannelsen av metastaser (i dette tilfellet nøytraliserer germanium virkningen av negativt ladede partikler);
• fungerer som en regulator av ventilsystemene for fordøyelsen, venesystemet og peristaltikken;
• ved å stoppe bevegelsen av elektroner i nerveceller, bidrar germaniumforbindelser til å redusere en rekke smertemanifestasjoner.

Alle pågående eksperimenter som involverer bestemmelse av distribusjonshastigheten av germanium i menneskekroppen etter oral bruk, viste at 1,5 timer etter inntak finnes det meste av dette elementet i magen, tynntarmen, milten, benmargen og, selvfølgelig, i blod. Det vil si at det høye nivået av germanium i organene i fordøyelsessystemet beviser sin langvarige virkning når det absorberes i blodet.

Viktig! Du bør ikke uavhengig kontrollere effekten av det angitte kjemiske elementet på deg selv, fordi en feil beregning av doseringen godt kan føre til alvorlig forgiftning.

Hva inneholder germanium: produkter kilder

Ethvert mikroelement i kroppen vår utfører en viss funksjon, derfor, for god helse og opprettholdelse av tone, er det så viktig å sikre det optimale nivået av visse komponenter. Dette gjelder også Tyskland. Du kan fylle på reservene daglig ved å konsumere hvitløk (det er her den finnes mest), hvetekli, belgfrukter, steinsopp, tomater, fisk og sjømat (spesielt reker og blåskjell), og til og med vill hvitløk og aloe.
Det er mulig å forsterke effekten av germanium på kroppen ved hjelp av selen. Mange av disse produktene kan lett finnes i huset til hver husmor, så ingen vanskeligheter bør oppstå.

Dagskrav og normer

Det er ingen hemmelighet at et overskudd av til og med nyttige komponenter kan skade ikke mindre enn mangelen deres, derfor, før du fortsetter å fylle på den tapte mengden germanium, er det viktig å vite om det tillatte daglige inntaket. Vanligvis varierer denne verdien fra 0,4 til 1,5 mg og avhenger av personens alder og eksisterende sporelementmangel.

Menneskekroppen takler godt med absorpsjonen av germanium (absorpsjonen av dette kjemiske elementet er 95%) og fordeler det relativt jevnt over vev og organer (det spiller ingen rolle om vi snakker om ekstracellulært eller intracellulært rom). Tilbaketrekkingen av germanium til utsiden skjer sammen med urinen (opptil 90% kommer ut).

Knapphet og overskudd

Som vi nevnte ovenfor, er enhver ytterlighet ikke bra. Det vil si at både mangel og overskudd av mengden germanium i kroppen kan påvirke dens funksjonelle egenskaper negativt. Så med mangel på mikroelementer (som følge av begrenset forbruk med mat eller metabolske forstyrrelser i kroppen), kan osteoporose og demineralisering av beinvev utvikles, og muligheten for onkologiske tilstander øker flere ganger.

En overdreven mengde germanium har en giftig effekt på kroppen, og forbindelser av det to år gamle elementet anses som spesielt farlige. I de fleste tilfeller kan overskuddet forklares ved innånding av rene damper under produksjonsforhold (MAC i luft kan være 2 mg/m3). I direkte kontakt med germaniumklorid er lokale hudirritasjoner ikke utelukket, og dets inntak i kroppen er ofte full av skader på lever og nyrer.

Visste du?For medisinske formål var det beskrevne elementet først interessert i japanerne, og et virkelig gjennombrudd i denne retningen var studiet av Dr. Asai, som oppdaget et bredt spekter av biologiske effekter av germanium.

Som du kan se, er det beskrevne sporelementet virkelig nødvendig av kroppen vår, selv om dens rolle ennå ikke er fullstendig studert. Derfor, for å opprettholde en optimal balanse, spis ganske enkelt flere av de oppførte produktene og prøv å ikke være under skadelige arbeidsforhold.

GERMANIUM, Ge (fra lat. Germania - Tyskland * a. germanium; n. Germanium; f. germanium; og. germanio), - et kjemisk grunnstoff i gruppe IV i det periodiske systemet til Mendeleev, atomnummer 32, atommasse 72,59. Naturlig germanium består av 4 stabile isotoper 70 Ge (20,55%), 72 Ge (27,37%), 73 Ge (7,67%), 74 Ge (36,74%) og en radioaktiv isotop 76 Ge (7, 67%) med en halv- levetid på 2,10 6 år. Oppdaget i 1886 av den tyske kjemikeren K. Winkler i mineralet argyrodite; ble spådd i 1871 av D. N. Mendeleev (ecasilicon).

germanium i naturen

Germanium refererer til. Prevalensen av germanium i (1-2),10 -4%. Som en urenhet finnes den i silisiummineraler, i mindre grad i mineraler og. Germaniums egne mineraler er svært sjeldne: sulfosalter - argyroditt, germanitt, rennyritt og noen andre; dobbelt hydrert oksid av germanium og jern - schtottite; sulfater - itoite, fleischerite og noen andre De har praktisk talt ingen industriell verdi. Germanium akkumuleres i hydrotermiske og sedimentære prosesser, hvor det er mulig å skille det fra silisium. I økte mengder (0,001-0,1%) finnes det i, og. Kilder til germanium er polymetalliske malmer, fossile kull og noen typer vulkansk-sedimentære avsetninger. Hovedmengden germanium oppnås tilfeldigvis fra tjærevannet under kullkoksing, fra asken fra termisk kull, sfaleritt og magnetitt. Germanium ekstraheres med syre, sublimering i reduserende medium, fusjon med kaustisk soda osv. Germaniumkonsentrater behandles med saltsyre ved oppvarming, kondensatet renses og utsettes for hydrolytisk dekomponering for å danne dioksid; sistnevnte reduseres med hydrogen til metallisk germanium, som renses ved fraksjonert og retningsbestemt krystallisering, sonesmelting.

Påføring av germanium

Germanium brukes i radioelektronikk og elektroteknikk som et halvledermateriale for fremstilling av dioder og transistorer. Germanium brukes til å lage linser for IR-optikk, fotodioder, fotomotstander, nukleære strålingsdosimetre, røntgenspektroskopianalysatorer, omformere av radioaktiv nedbrytningsenergi til elektrisk energi, etc. Legeringer av germanium med noen metaller, som er preget av økt motstand mot sure aggressive miljøer, brukes i instrumentfremstilling, maskinteknikk og metallurgi. Noen legeringer av germanium med andre kjemiske elementer er superledere.